牛顿第三定律的理解
-
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[
高考命题解读
]
分析
年份
题
号
Ⅰ卷
17
题
高考
(
全国卷
)
四年命题情况对照分析
命题点
考查了动态变化中的基本规律
，考查的主要方
法是悬点的几何关系
实验：验证牛顿第二定律的拓展变形实验，创
新点在于用位移传感器测速度
1.
考查方式
牛顿运动定律的理
解和应用是高中物
理教学中最
重要的
内容，因此从近几
年高考看，考查的
2014
年
Ⅰ卷
22
题
Ⅰ卷
24
题
考查了动力学方法在匀变速直线运动中的应用
频率很高
.
不只在选
Ⅱ卷
24
题
属于图象
信息题，
应用
v
－
t
图象分析非匀变速
直线运动，题眼是速度最大值的临界点
属于图象信息题，
考查应用
v
－
t
图象结合牛顿<
/p>
第二定律分析匀变速直线运动
属于水平
面上的滑块
—
木板模型问题，主要考
查
动力学方法在多物体、多过程中的应用
实验：验证牛顿第二定律的拓展变式实验
属于倾斜面上的滑块
—
木板模型问题，主要考
查动力学方法在多物体、多过程中的应用
考查牛顿第二定律的理解和应用
实验
：验证牛顿第二定律拓展变式实验，总质
量不变
属于水平面上的滑块
—
木板模型问题，主要考
查动力学方法在多物体、多过程中的应用
择
题中考查牛顿运
动定律的应用，在
实验和计算题中仍
然是考查的重点
.
2.
命题趋势
本部分内容高考命
题存在以下特点和
趋势：一是高考考
查的重点，命题次
数较多；二是题型
全面：从
选择到实
验、再到计算题；
三是命题趋势大体
< br>2017
年
Ⅲ卷
25
题
呈现以下特点：从
匀变速直线运动规
Ⅰ
卷
20
题
2015
年
Ⅱ卷
22
题
Ⅱ卷
25
题
Ⅰ卷
18
题
2016
年
Ⅲ卷
23
题
Ⅰ卷
25
题
.
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律的应用为重点转
向动力学方法的应
用为重点
.
第
1
讲
牛顿三定律的理解
一、牛顿第一定律
惯性
1.
牛顿第一定律
< br>(1)
内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的
力迫使它改变
这种状态
.
(2)
意义：①揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律；
②揭示了力与运动的关系：力不是维持物体运动的原因，而是改变
物体运动状态的原因，即
力是产生加速度的原因
.
2.
惯性
(
1)
定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
.
(2)
量度：质量是惯性大小的唯一量度，质量大的物体
惯性大，质量小的物体惯性小
.
(3)
普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关
.
.
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自
测
1
顿第一定律和惯性的
分析正确的是
(
)
教材
P
70
第
1
至
3
题改编
(
多选
)
下面对牛
A.
飞机投弹时，如果当目
标在飞机的正下方时投下炸弹，能击中目标
B.
地球自西向东自转，你向上跳起来后，还会落到原地
C.
安全带的作用是防止汽车刹车时人由于具有惯性仍向前运动而发生危险
D.
有的同学说，向上抛出的物体，在空中向上
运动时，肯定受到了向上的作用力
答案
BC
二、牛顿第二定律
力学单位制
1.
牛顿第二定律
< br>(1)
内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加
速度的方向跟
作用力的方向相同
.
(
2)
表达式：
F
＝
ma
.
(3)
适用范围
.
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①牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面静止或匀速直线运动的参考系
.
②牛顿第二定律只适用于宏观物体
(
相
对于分子、原子等
)
、低速运动
(
远小于光速
)
的情况
.
2.
力学单位制
(1)
单位制：由基本单位和导出单位一起组成了单位制
.
(2)
基本单位：
基本物理量
的单位
.
基本物理量共七个，
其中力学
有三个，
是长度、
质量、
时间，
单位分别是米、千克、秒
.
(3)
导出单位：由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位
.
自
测
2
下面说
法中正确的是
(
)
(
多选
)
关于运动状态与所受外力的关系，
A
.
物体受到恒定的力作用时，它的运动状态不发生改变
B.
物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态要发生改变
C.
物体受到的合力为零时，它一定处于静止
状态
D.
物体的运动方向与它所受的
合力的方向可能相同
.
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答案
BD
自
测
3
(
多选
)
在研究匀
变速直线运动的实验中，
取计数时间间隔为
0.1 s
，测得相邻相等时间间隔的位移差的平均值
Δ
x
＝
1.2
cm
，若还测出小
车的质量为
500
g
，则关于加速度、合外力的大小及单位，既正确又符合一般运
算要求的是
(
)
1.2
A.
a
＝
2
m
/s
2
＝
120
m/s
2
0.1
1.2
×
10
2
< br>B.
a
＝
m/s
2
＝
1.2
m/s
2
2
0.1
C.
F
＝
500
×
1.2
N
＝
600 N
D.
F
＝
0.5
×
1.2 N
＝
0.60 N
答案
BD
二、牛顿第三定律
1.
作用力和反作用力：两个物体之间的作用总是相互的，一个物体对另一个物体施加了力，
.
－
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后一个物体同时对前一个物体也施加力
.
2.
内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一
条直线上
.
3.
表达式：
F
＝－
F
′
.
自
测
4
教材
P82
做一做改编
(
多选
)
用计算机辅助
实验系统
(DIS)
做验证牛顿第三定律的实验，
把两个测力探头的挂钩钩在一起，
向相反方向拉
动，观察显示器屏幕上出现的结果
(
如图
1
所示
)
，分析两个力传感
器的相互作用随着时间变
化的曲线，以下结论正确的是
(
)
.
A.
作用力与反作用力同时产生
B.
作用力与反作用力作用在同一物体上
C.
作用力与反作用力大小相等
D.
作用力与反作用力的合力为零
答案
AC
命题点一
牛顿第一定律的理解
.
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1
图
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1.
明确了惯性的概念
牛顿第一定律提示了一切物体所具有的一种固有属性
——
惯性，即物体保持原来的匀速直线
运动状态或静止状态的性质
.
2.
揭示了力的本质
力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因
.
3.
理想化状态
牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，
而物体不受外力的情形是不存在的<
/p>
.
如果物体
所受的合外力等于零，其运动
效果跟不受外力作用时相同，物体保持静止状态或匀速直线运
动状态
.
4.
与牛顿第二定律的关系
牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的
.
< br>力是如何改变物体运动状态的问题由牛顿第二
定律来回答
.
牛顿第一定律是经过科学抽象、
归纳推理总结出来的，
而牛顿第二定律是一条实
验定律
.
.
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例
1
(20
14·
北京理综
·
19)
伽利略创造的把实验、
假设和逻辑推理相结合的科学方法，
< br>有力地促进了人类科学认识的发展
.
利用如图
2
所示的装
置做如下实验：
小球从左侧斜面上的
O
点由静止释放后沿斜面向下运动，
并沿右侧斜面上升
.
斜面上先后铺垫三种粗
糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为
1
< br>、
2
、
3.
根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是
(
)
.
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图
2
A.
如
果斜面光滑，小球将上升到与
O
点等高的位置
< br>
B.
如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状
态
C.
如果小球受到力的作用，它的
运动状态将发生改变
D.
小球受到的
力一定时，质量越大，它的加速度越小
答案
A
解析
根据题意，
铺垫材料粗糙程度降低时，
小球上升的最高位置升高，
当斜
面绝对光滑时，
小球在斜面上没有能量损失，因此可以上升到与
O
点等高的位置，而
B
、
C
、
D
三个选项，
从题目不能直接得出，所以选项
A
正确
.
变
式
.
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1
伽利略对自由落体运动及运动和力的关
系的研究，开创了科学实
验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法
.
图
< br>3a
、
b
分别表示这两项
研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是
(<
/p>
)
图
3
A.
图
a
通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀
变速运动
B.
图
a
中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易
C.
图
b
中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成
D.
图
b
的实验为“理想实
验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持
答案
B
解析
伽利略设想物体下落的速度与时
间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以
伽利略通过数学推导证明，
如果速度与时间成正比，
那么位移与时间的二次方就成正比
.
由于
当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短
时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面
滚下，来
“
冲淡
”
重力的作用效果，而小球在斜面上运动
的加速度要比它竖直下落的加速度
.
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小得多，运动相同位移所用
时间长得多，所以容易测量
.
伽利略做了上百次实验，并通过抽
象
思维在实验结果上做了合理外推，得出了正确结论，故
A
错误，
B
正确；完全没有摩擦阻力
的斜面是实际不存在的，故
C
错误；伽利略用抽
象思维、数学推导和科学实验相结合的方法
得到物体的运动不需要力来维持的结论，故<
/p>
D
错误
.
变
式
2
某同学为了取出如图
4
所示羽毛球筒中的<
/p>
羽毛球，一只手拿着球筒的中部，另一只手用力击打羽毛球筒的上端，则
< br>(
)
.
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图
4
A.
此同学无法取出羽毛球
B.
羽毛球会从筒的下端出来
C.
羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出
来
D.
该同学是在利用羽毛球的惯性
答案
D
解析
羽毛球筒被手击打后迅速向下运
动，而羽毛球具有惯性要保持原来的静止状态，所以
会从筒的上端出来，
D
正确
.
命题点二
牛顿第二定律的理解
.
矢量性
―
→
a
与
F<
/p>
方向相同
瞬时性
―
→
a
与
F
对应同一时刻
因果性
―
→
F
是产生
a
的原因
同一性
a
、
F
、
m
对应同一物体
六性
a
、
F
、
m
统一使用国际单位制单
位
独立性
―
→
每一个力都可以产生各自的加速度
只适用于宏观、低速运动的物体
，不适用
于微观、高速运动的粒子
局
限性
物体的加速度必须是相对惯性
系
<
/p>
相对于地
面静止或匀速直线运动的参考系
而言的
.
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例
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2
(
多选<
/p>
)(2016·
全国卷
Ⅰ
·
18)
一质点做匀速
直线运
动，现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则
(
)
A.
质点速度的方向总是与该恒力的方向相同
B.
质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直
C.
质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同
D.
质点单位时间内速率的变化量总是不变
答案
BC
解析
质点一开始做匀速直线运动，处
于平衡状态，施加恒力后，则该质点所受的合外力为
该恒力
.<
/p>
①
若该恒力方向与质点原运动方向不共线，
则质点做曲线运动，
质点速度方向与恒力
方向不同，故
A
错；
②
若
F
的方向某一时刻与质点运动方向垂直，之后质点做曲线运动，力
与速度方向不再垂直，例如平抛运动，故
B
正
确；
③
由牛顿第二定律可知，质点加速度方向
< br>总是与其所受合外力方向相同，
C
正确；
④
根据加速度的定义，
相等时间内速度变化量相同，<
/p>
而速率变化量不一定相同，故
D
错
.
变
.
式
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3
下述说法正确的是
(
)
关于
速度、加速度和合外力之间的关系，
A.
做匀变速直线运动的物
体，它所受合外力是恒定不变的
B.
做匀变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合外力三者总是在同一方向上
C.
物体受到的合外力增大时，物体的运动速度一定加快
D.
物体所受合外力为零时，一定处于静止状态
答案
A
解析
做匀变速直线运动的物体，加速
度恒定不变，由牛顿第二定律知：它所受合外力是恒
定不变的，故
A
正确；由牛顿第二定律可知加速度与合外力方向相同，与速度不一定在同一
方向上，故
B
错误；物体受到的合外力增大时，
加速度一定增大，物体的运动速度变化一定
加快，而速度不一定加快，故
C
错误；物体所受合外力为零时，物体的加速度一定等于零，
< br>速度不一定为零，故
D
错误
.
变
式
.
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4
(
多选
)
某物
体在光滑的水平面上受到两个
恒定的水平共点力的作用，
以
10 m/s
2
的加速度做匀加速直线运动
，
其中
F
1
与
加速度的方向的夹
角为
37°
，某时刻
撤去
F
1
，此后该物体
(
)
A.
加速度可能为
5
m/s
2
B.
速度的变化率可能为
6
m/s
2
C.1
秒内速度变化大小可能为
20 m/s
D.
加速度大小一定不为
10
m/s
2
答案
BC
解析
根据牛顿第二定律
F
合
＝
ma
＝
10
m
，
< br>F
1
与加速度方向的夹角为
37
°
，
根据几何知识可知，
F
2
有最小值，最小值为
F
2m
＝
F
合
s
in 37°
＝
6
m
< br>.
所以当
F
1
< br>撤消后，合力的最小值为
F
min
＝
6
m
，
此
时合力的取值范围为
6
m
≤
F
合
，所以最小的加速度为
a
min
＝
选
B
、
C.
命题点三
牛顿第三定律的理解与应用
F
min
＝
6
m/s
2
.
故
B
、
C
正确，故
m
.